如何選擇集成運(yùn)算放大器

集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。在由運(yùn)算放大器組成的各種系統(tǒng)中,由于應(yīng)用要求不一樣,對運(yùn)算放大器的性能要求也不一樣。

在沒有特殊要求的場合,盡量選用通用型集成運(yùn)放,這樣即可降低成本,又容易保證貨源。當(dāng)一個系統(tǒng)中使用多個運(yùn)放時,盡可能選用多運(yùn)放集成電路,例如LM324、LF347等都是將四個運(yùn)放封裝在一起的集成電路。

評價(jià)集成運(yùn)放性能的優(yōu)劣,應(yīng)看其綜合性能。一般用優(yōu)值系數(shù)K來衡量集成運(yùn)放的優(yōu)良程度,其定義為：

式中,SR為轉(zhuǎn)換率,單位為V/ms,其值越大,表明運(yùn)放的交流特性越好;Iib為運(yùn)放的輸入偏置電流,單位是nA;VOS為輸入失調(diào)電壓,單位是mV。Iib和VOS值越小,表明運(yùn)放的直流特性越好。所以,對于放大音頻、視頻等交流信號的電路,選SR(轉(zhuǎn)換速率)大的運(yùn)放比較合適;對于處理微弱的直流信號的電路,選用精度比較的高的運(yùn)放比較合適(既失調(diào)電流、失調(diào)電壓及溫飄均比較小)。

實(shí)際選擇集成運(yùn)放時,除優(yōu)值系數(shù)要考慮之外,還應(yīng)考慮其他因素。例如信號源的性質(zhì),是電壓源還是電流源;負(fù)載的性質(zhì),集成運(yùn)放輸出電壓和電流的是否滿足要求;環(huán)境條件,集成運(yùn)放允許工作范圍、工作電壓范圍、功耗與體積等因素是否滿足要求。

3.2.3 集成運(yùn)算放大器的使用要點(diǎn)

1.集成運(yùn)放的電源供給方式

集成運(yùn)放有兩個電源接線端+VCC和-VEE,但有不同的電源供給方式。對于不同的電源供給方式,對輸入信號的要求是不同的。

(1)對稱雙電源供電方式

運(yùn)算放大器多采用這種方式供電。相對于公共端(地)的正電源(+E)與負(fù)電源(-E)分別接于運(yùn)放的+VCC和-VEE管腳上。在這種方式下,可把信號源直接接到運(yùn)放的輸入腳上,而輸出電壓的振幅可達(dá)正負(fù)對稱電源電壓。

(2)單電源供電方式

單電源供電是將運(yùn)放的-VEE管腳連接到地上。此時為了保證運(yùn)放內(nèi)部單元電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn),在運(yùn)放輸入端一定要加入一直流電位,如圖3.2.1所示。此時運(yùn)放的輸出是在某一直流電位基礎(chǔ)上隨輸入信號變化。對于圖3.2.1交流放大器,靜態(tài)時,運(yùn)算放大器的輸出電壓近似為VCC/2,為了隔離掉輸出中的直流成分接入電容C3。

圖3.2.1 運(yùn)算放大器單電源供電電路

2.集成運(yùn)放的調(diào)零問題

由于集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響,當(dāng)運(yùn)算放大器組成的線性電路輸入信號為零時,輸出往往不等于零。為了提高電路的運(yùn)算精度,要求對失調(diào)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償,這就是運(yùn)算放大器的調(diào)零。常用的調(diào)零方法有內(nèi)部調(diào)零和外部調(diào)零,而對于沒有內(nèi)部調(diào)零端子的集成運(yùn)放,要采用外部調(diào)零方法。下面以mA741為例,圖3.2.2給出了常用調(diào)零電路。圖3.2.2(a)所示的是內(nèi)部調(diào)零電路;圖(b)是外部調(diào)零電路。

3.集成運(yùn)放的自激振蕩問題

運(yùn)算放大器是一個高放大倍數(shù)的多級放大器,在接成深度負(fù)反饋條件下,很容易產(chǎn)生自激振蕩。為使放大器能穩(wěn)定的工作,就需外加一定的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),以消除自激振蕩。圖3.2.3是相位補(bǔ)償?shù)氖褂秒娐贰?/p>

圖3.2.2 運(yùn)算放大器的常用調(diào)零電路 圖3.2.3 運(yùn)算放大器的自激消除

另外,防止通過電源內(nèi)阻造成低頻振蕩或高頻振蕩的措施是在集成運(yùn)放的正、負(fù)供電電源的輸入端對地一定要分別加入一電解電容(10mF)和一高頻濾波電容(0.01mF~0.1mF)。如圖3.2.3所示。

4.集成運(yùn)放的保護(hù)問題

集成運(yùn)放的安全保護(hù)有三個方面：電源保護(hù)、輸入保護(hù)和輸出保護(hù)。

(1)電源保護(hù)。電源的常見故障是電源極性接反和電壓跳變。電源反接保護(hù)和電源電壓突變保護(hù)電路見圖 3.2.4(a)、(b)所示。對于性能較差的電源,在電源接通和斷開瞬間,往往出現(xiàn)電壓過沖。圖(b)中采用FET電流源和穩(wěn)壓管鉗位保護(hù),穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值大于集成運(yùn)放的正常工作電壓而小于集成運(yùn)放的最大允許工作電壓。FET管的電流應(yīng)大于集成運(yùn)放的正常工作電流。

(2)輸入保護(hù)。集成運(yùn)放的輸入差模電壓過高或者輸入共模電壓過高(超出該集成運(yùn)放的極限參數(shù)范圍),集成運(yùn)放也會損壞。圖3.2.5 所示是典型的輸入保護(hù)電路。

圖3.2.4 集成運(yùn)放電源保護(hù)電路 圖3.2.5 集成運(yùn)放輸入保護(hù)電路

(3)輸出保護(hù)。當(dāng)集成運(yùn)放過載或輸出端短路時,若沒有保護(hù)電路,該運(yùn)放就會損壞。但有些集成運(yùn)放內(nèi)部設(shè)置了限流保護(hù)或短路保護(hù),使用這些器件就不需再加輸出保護(hù)。對于內(nèi)部沒有限流或短路保護(hù)的集成運(yùn)放,可以采用圖3.2.6所示的輸出保護(hù)電路。在圖3.2.6電路中,當(dāng)輸出保護(hù)時,由電阻R起限流保護(hù)作用。

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